AP1000机组常规岛消防灭火系统设计分析

田智威

摘 要：本文以最新美国NFPA标准与国内现行消防标准的比较，以及CPR1000机组与AP1000机组的比较，分析常规岛消防系统的选择方式，以探讨该消防系统在不同房间、不同环境下合理的设置方式。

关键词：AP1000；CPR1000；标准对比

1.引言

AP1000为单堆布置两环路机组，设计寿命60年，由美国西屋公司在已开发的非能动先进压水堆AP600的基础上开发的，其主要安全系统采用非能动设计，布置在安全壳内。

作为此次探讨的AP1000常规岛部分，则有14个核辅助系统布置设置在内部，这是与CPR1000机组不同之处。为确保消防安全，常规岛消防设计主要遵循和参照的法规宜与核岛保持一致。常规岛灭火系统设计以常规岛火灾危险分析为基础，满足《Standard for Fire Protection for Advanced Light Water Reactor Electric Generating Plants》NFPA 804，参照《核电厂防火准则》EJ/T1082、《核电厂常规岛设计防火规范》GB 50745（以下简称《核电火规》）、《建筑设计防火规范》GB50016规定要求进行。国内外标准有差异之处应按标准高者设计。

2.常规岛主要火灾风险

常规岛的主要火灾风险危险物料分为固态可燃物料、液态可燃物料和气态可燃物料三种类型。根据上述三类可燃物料的分布情况，常规岛主要火灾危险位于下列区域：

(1)汽轮机厂房的电缆夹层、电缆竖井；(2)汽轮机厂房的各类油管；(3)汽轮机厂房的各油站、油箱；(4)重要水泵、油泵（凝结水泵、电动给水泵装置及油箱）；(5)主变压器、厂用变压器、备用变压器和辅助变压器；(6)化学危险品储存间；(7)汽机发电机、励磁机轴承；(8)电子、仪控设备间。

3.消火栓系统

设计方案：常规岛厂房及其附属建筑在一定间隔内均设有消防立管，在常规岛首层、运行层、配电开关层和除氧层都配有减压稳压消火栓，每个消火栓配有1根直径65mm、长25m带有快速接头及直流/喷雾水枪的消防水带、一个用于自救的消防软管卷盘。所有的消火栓都布置在建筑物或平台层的通道边上。每个消火栓附近都设有手动报警按钮。连接多个消火栓的立管管径最小为DN100，连接单个消火栓的为DN65，消火栓间隔不大于30m。常规岛室内外消火栓用水量按45L/s考虑，火灾延续时间按2小时设计。变压器的消火栓用水量按10L/s考虑，火灾延续时间按2小时设计。汽轮机厂房外侧靠近消防车道处设置消防水泵接合器。

分析：在室内消火栓系统上，NFPA14《Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems》规定，室内消火栓系统分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级。需要在楼梯间设置Ⅰ级消火栓，配有DN65（2.5英寸）水龙带接口，由经过训练的消防人员使用。在汽机房其他区域设置Ⅲ级消火栓，配有DN40（1.5英寸）和DN65（2.5英寸）两种水龙带接口，分别由工作人员和经过训练的消防人员使用。另外在NFPA850规定，在带电设备附近的水龙带上应装设可关闭的且已注册用于电气设备上的水喷雾水枪。目的为保证直流水枪在扑灭电气火灾时消防人员人身安全。在国内市场上已经有直流、喷雾两用切换的水枪出现，现已经过国家权威部门检测，在这一点上，设置为上述国有化消防设备可以满足规范要求。

关于消防水量的计算，是美标与国标之间最大的差异。如设计方案中所述，NFPA804要求汽轮机厂房室内外消火栓用水量总和为31.55L/s，火灾延续2小时。而根据现行《核电火规》主厂房室外消火栓水量为30L/s。在此规定下，消火栓用水量室内为15L/s，室外为30L/s，总和大于NFPA规定的31.55L/s。火灾延续时间则一致为2小时。

变压器周围的消火栓用水量在国标里明确说明不应小于10 L/s，火灾时间2小时。在NFPA804明确指出，变压器消火栓用水量按15.77L/s考虑，火灾延续时间为1小时。

根据上面的比较，在针对消火栓灭火方面，《核电火规》规定更为明确，消防用水量较高，在AP1000消火栓水量应以国标为准，而水枪设备也可以利用目前国产设备。

4.水喷雾灭火系统

设计方案：水喷雾灭火系统用于扑救固体火，闪点高于60℃的液体火灾和电气火灾。并可用于可燃气体和甲乙丙类液体的生产、储存装置或装卸设施的防护冷却。每套水喷雾系统由雨淋阀组、配水管网、水雾喷头、火灾探测控制系统组成，具有自动/手动喷水灭火保护，并报告火灾危险和反馈报警阀组状态等功能。

本工程汽轮机厂房内的汽轮机主油箱间、抗燃油装置、氢密封油装置、汽机运转层及中间层油管道、发电机轴承、主变压器、厂用变压器、备用变压器及辅助变压器，凝结水泵、电动给水泵及油站均设置水喷雾灭火系统。

汽机房内水喷雾强度20 L/min•m2，变压器区域水喷雾20L/min•m2，油池水喷雾强度6 L/min•m2，火灾延续时间按2小时考虑。

分析：与CPR1000比较仍为最大的差异点，同时贮油箱的室外布置也是AP1000中特有的。变压器方面，《核电火规》中规定，油浸式电力变压器设计喷雾强度20 L/min•m2，变压器集油坑设计喷雾强度6.0L/min•m2，持续喷雾时间2小时。NFPA15《Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection》中规定，变压器水喷雾强度不低于10.2L/min•m2，集油坑水喷雾强度不低于6.1L/min•m2，火灾延续时间为2小时。对于上述2种标准的不同，《水喷雾灭火系统设计规范》附条说明3.1.2中也做了详细的解释，但我们作变压器构筑物消防水量计算时，同时还要考虑室外消火栓的水量，总水量国标规定较高。

汽机房内的水喷雾区域，如上述方案中的主油箱间、抗燃油装置、氢密封油装置、汽机运转层及中间层油管道、发电机轴承等区域，主要考虑液体油类易燃物外泄或贮存物高温引起的火灾。在国标《水喷雾灭火系统设计规范》中，针对闪点60-120℃的液体火灾，定义设计喷雾强度为20 L/min•m2，持续喷雾时间2小时。NFPA804要求规定这些区域水喷雾强度不低于12.2 L/min•m2，火灾延续时间为2小时。按照2个规范的解释条文，国标的原则是采用大强度喷雾，将火灾在初始阶段就灭掉，而且仅将大型油储罐列入防护冷却范围；这样明显看出国标标准无论是严谨还是水量需求，都是较高的，常规岛作为核电厂运行的重要厂房，发生火灾后的控火更加重要。

综上所述，在水喷雾灭火设计方面，以国标《核电火规》为准。

5.预作用喷水灭火系统

设计方案：电缆夹层设置预作用喷水灭火系统，该系统由预作用报警阀组、配水管网、闭式喷头（易熔合金）、火灾探测控制系统组成。系统的配水管网内平时不充水，发生火灾时由比闭式喷头更灵敏的火灾报警系统联动预作用报警阀组和消防水泵，在闭式喷头开放前完成管道充水过程，转换为湿式系统，使喷头能在开放后立即喷水。系统持续运行，直到手动将供水阀门关掉为止。

根据NFPA804，喷水强度为喷水强度为12.2L/min•m2，作用面积为232.2m2，火灾延续时间按2小时设计。

分析：常规岛内的电缆夹层的安全直接影响汽轮机运行，安全设置应较高设计。在《核电火规》中，电缆夹层要求设置为水喷雾、细水喷雾及气体三种灭火方式，考虑原因是火力电厂电缆夹层空间狭隘，排水、系统布置困难等。如采用水喷雾，按国标《水喷雾灭火系统设计规范》要求，设计喷雾强度为13 L/min•m2，持续喷雾时间2小时。